世平基於靈動微 SPIN560C 的低壓無刷電機應用方案

 1、方案描述

        大聯大世平集團針對低壓無刷電機，推出基於靈動微 MM32SPIN560C 的無刷電機驅動方案。此方案採用的 MM32SPIN560C 內部集成了一部分驅動電路，所以方案的外圍電路比較簡單。適用於多種應用場合，比如空氣淨化器、服務器風機、吊扇、落地扇、電動手工具、吸塵器、無人機電調、小型水泵等。



2、硬體設計說明
2.1. 主控

        採用的是 靈動微 MM32SPIN560C，使用高性能的 ARM Cortex-M0 為內核的 32 位微控制器，最高工作頻率可達 96 MHz，內置高速存儲器，豐富的 I/O 埠和多種外設，包括：

• 128KB Flash，8KB SRAMB
• 包含 12 位的 ADC，採樣速度高達 3Msps
• 5 個通用定時器、2 個針對電機控制的 PWM 高級定時器
• 1 個 I2C 接口、2 個 SPI 接口和 3 個 UART 接口
• 針對電機應用內置 3 個運放，3 個比較器
• 內嵌經出廠調校的 48MHz 高速振盪器
• 內置預驅工作電壓 7V ∼ 48V
• 5V LDO 穩壓器，輸入電壓最高 13.5V
• 提供 QFN48 封裝

        MM32SPIN560C 框圖如下圖所示：

        

2.2. N-MOSFET

        電機驅動部分，方案採用 6 顆 N-MOS 管來做電機的電子換相控制。晶片採用的是 Nexperia 的 PXN012-60QL。PXN012-60QL 體積小、功耗低、漏源電壓（VDSS）可以達到 60V，連續漏電流（Id）可以達到 42A，開關頻率可以達到 30KHz 以上。

2.3. 電源設計

        方案採用的電源晶片是聖邦微的 LDO SGM2225。其特點如下：

• 寬電壓輸入 Vin：3.6~36V
• 輸出電壓可調 Vout：1.8V~15V
• 最大輸出電流 Iout：800mA
• 低噪音、低損耗電壓
• 封裝小，最小封裝大小為 3*3mm
• 過流/短路保護
• 過熱保護
• 工作溫度範圍：-40~+125℃

3、軟體設計說明

        方案軟體部分採用世平HALL FOC 雙電阻採樣的軟體庫架構，通過板載電位器使電機旋轉，整個軟體結構清晰易懂。軟體採用雙環控制（電流環+速度環），矢量控制的框圖如下圖所示：

        

3.1.  SVM

        空間矢量脈寬調製（SVM）是FOC的基礎，是根據其所在扇區選擇非零矢量與零矢量合成而成，有五段式、七段式、混合式。七段式開關次數較多，但諧波較小；五段式開關次數是七段式的一半，但諧波較大，代碼採用的是七段式。其實現流程大致如下：

        ① 判斷合成矢量所在扇區

        ② 計算相鄰矢量作用時間

        ③ 計算各橋臂導通時間

        ④ 得到各相PWM占空比

        ⑤ 更新相應寄存器值

3.2.  Current Sensing

        在電流環，軟體中的電流採樣選擇雙電阻採樣，通過採樣 V 和 W 相的下橋臂電阻上的壓降，再用基爾霍夫電流定律計算第三相（U 相）的電流。

        

3.3.  HALL 角度補償插值

        在速度環，軟體採用基於對霍爾傳感器插值補償角度方法對電機轉子的速度估計與控制。

        
3.4.  軟體架構介紹

        世平提供的 FOC 軟體結構如下圖所示，這套軟體具有如下特點：

        ① 時序清晰 —— 僅使用一個常用中斷，減少可能的時序衝突和 BUG。

        ② 便於移植 —— 算法層、驅動層、數學庫完全獨立，軟硬體配置完全剝離，互不干擾。

        ③ 定標統一 —— 統一 Q15 小數定標。

        ④ 函數模塊化 —— 邏輯清晰的狀態機，簡潔明了的狀態切換。

        ⑤ 配置方便 —— 主要參數配置意義明確，可視化。 

         

      靈動微電子官網附有 MM32SPIN560C 的全套低壓無刷電機套件軟體支持包，靈動微電子官網鏈接：https://www.mindmotion.com.cn/development_tools/info.aspx?itemid=3372